基于“化学元素观”建立的教学设计——以“单质碳的化学性质”为例.pdf
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1、60化学教与3年第1 2 期化学教与学教学设计研究基于“化学元素观 建立的教学设计以“单质碳的化学性质”为例张晋!魏垂社?张贝贝3(1.乌鲁木齐市第41 中学新疆乌鲁木齐8300002.新疆师范大学附属中学新疆乌鲁木齐830000;3.新疆师范大学化学化工学院新疆乌鲁木齐830000)摘要:“化学元素观”是中学化学核心观念之一。在“单质碳的化学性质”教学实践中,围绕氧元素在反应中的得与失,展开产物预测、实验验证、模型建立等教学环节,不仅展现化学是讲“理”的学科,更能培养“化学观念”“科学思维”和“科学探究与实践”等学科核心素养。关键词:化学元素观;氧化还原反应;碳的还原性文章编号:1 0 0
2、8-0 5 46(2 0 2 3)1 2-0 0 6 0-0 4中图分类号:G632.41文献标识码:Bdoi:10.3969/j.issn.1008-0546.2023.12.013元素的概念是化学学科最基本的概念之一,既是认识宏观物质的基础,又有联系微观粒子的功能。从元素的视角学习化学知识主要体现在三个方面的含义:一是对元素本身的认识,包括什么是元素、元素的种类、元素的性质等;二是从元素角度看物质,具体包括元素组成与物质的分类、性质有何关系等;三是从元素角度看化学反应,即元素与化学反应有何关系,在化学反应中元素种类是否发生变化等。因此,“化学元素观”的建立是伴随相关化学知识螺旋式递进的,是
3、在化学知识认知积累和化学元素观发展的交互过程中形成的。笔者以“单质碳的化学性质”教学设计为例,探讨如何在教学中培养学生从元素的角度认识物质性质和化学反应,探讨认识物质性质和化学反应的科学思路与方法。一、教学内容及教学现状分析氧化还原反应在我们周围随处可见,从天然气的燃烧到火箭的发射,从炭的燃烧到金属的冶炼,氧化还原反应对人类社会的发展起到巨大的推动作用,对氧化还原反应认识的过程就是化学科学的发展史。对此,人教版九年级化学教材先后在第二单元课题2“氧气”教学内容中设置了狭义的氧化反应,在第六单元课题1“金刚石、石墨和C6”中设置了还原反应。然而在部分初中教师的教学观念中,氧化还原反应的地位无足轻
4、重,其教学内容空洞,缺少能让学生产生感性认识的体验活动,教学过程多以单一的讲授为主。这与氧化还原反应知识在整个化学课程中的重要地位是不相匹配的。具体到“单质碳的化学性质”这一节教学内容,教材重点呈现了单质碳的化学性质和实验验证等内容。笔者在阅读教材和一些教师交流后发现,这部分内容在教学时存在以下几个问题:(1)知识点碎片化,缺少恰当的理论统领。碳的化学性质包括碳在常温下性质稳定,加热时可以与氧气、某些氧化物反应,涉及多个化学反应。因此,没有合适理论统领,只会加大学生的记忆负担,使学生误认为化学的学习重在记忆。(2)缺乏合适的探究实验。炭燃烧时氧气量难以控制,产物为无色气体,使实验探究难以开展。
5、碳与氧化铜反应温度较高,开展学生实验存在潜在的危险,多以演示为主,这使得学生在学习碳的化学性质时缺少体验感和互动性,难以激发学生的学习兴趣,更无从谈起创新思维的培养。(3)割裂系统概念。将氧化反应和还原反应设置在不同的单元,是考虑学生的认知发展规律,但在初中阶段没有将二者统一,不利于学生多角度认识物质性质和化学反应,培养学生化学观念。二、教学设计的改进要点为解决上述问题,采取了如下教学改进:61化牛3年第1 2 期化学教与学教学设计研究(1)从元素氧的视角统一单质碳的性质。在中学阶段氧化还原反应经历三个认识阶段:基于得失氧的狭义氧化还原反应、基于化合价变化特征的氧化还原反应和基于电子得失(偏移
6、)本质的氧化还原反应。以氧元素为统领,通过氧元素转移的讨论,归纳、总结、抽象继而建立反应模型,实现碳单质化学性质的统一,培养学生认识物质性质和化学反应的科学思维。(2)从氧元素的视角开展碳与氧化铜反应的实验探究。在碳与氧化铜的实验部分,从碳燃烧得氧的视角,迁移预测、实验设计、证据推理等环节。在理论推导和实验验证的探究活动中,提升学生的思维深度和创新意识,体验化学实验探究的思路与方法,落实“科学探究与实践 的核心素养。(3)从得失氧元素的视角实现氧化还原反应概念的统一。从得失氧的视角,实现氧化反应和还原反应的辩证统一,建立氧化还原反应模型并应用反应模型,从而体验学习化学反应的思路与方法,落实“科
7、学思维”的核心素养。三、教学目标(1)通过对碳与氧化铜反应的探究,学会从物质变化和元素视角认识化学反应,初步感受认识化学反应的思路与方法。(2)通过对碳与氧化铜反应实验的探究,知道从问题和假设出发确定探究目标,设计实验方案、获取证据、形成结论等科学探究的方法与思路。(3)通过狭义的氧化还原反应模型的建立和应用,体验模型在学习中的重要作用。(4)通过氧化反应概念的建立过程,体会比较、分类、综合、归纳等方法在认识物质性质与化学反应中的作用。四、教学过程1.鉴赏古画,创设情境【情境创设】溪山雪意图由“南宋四大家”之一的刘松年所作,全卷纵41 厘米,横2 41.3 厘米,画卷描绘雪后溪水两岸的平坡低岗
8、、桥屋村舍、乔松岩壑、泉流舟等景物,其局部图中还描绘了众人在庭院内烤火的场景,如图1 所示。古代书法家绘画用的墨和冬天取暖燃烧的木炭,主要成分都是碳。千年字画得以完整保存,说明碳稳定,木炭易燃烧却又说明碳不稳定。为什么碳的性质表现如此大的差异?图1溪山雪意图的局部【学生活动】碳的化学性质在常温下稳定,在加热时容易燃烧,这说明了碳的化学性质与反应条件有关。【提出问题】碳燃烧有两个反应,从元素的角度如何理解碳的燃烧反应?设计意图:此环节基于学生已有生活经验和木炭燃烧的化学事实,从碳在常温下性质稳定和高温下容易反应的认知冲突,继而认识到化学反应是在一定条件下发生的。从元素碳得氧角度分析碳燃烧的化学反
9、应,旨在为过渡到碳与氧化铜反应的探究活动作铺垫。2.实验探究,拓展认识【教师提问】碳可以夺取氧气中的氧元素,那么碳能否夺取氧化物中的氧元素,以碳与氧化铜反应为例,猜想该反应的生成物,依据是什么,如何验证产物(提示:氯化钯试纸可用来检验CO)。【学生活动】从碳可以得氧的角度猜想C与CuO反应可能的产物有三种,整理于表1,并猜测C与CuO反应的产物应与二者的质量有关,提出用澄清石灰水检测CO2,用教师所提示的氯化钯试纸检测CO。62化3年第1 2 期化学教与学教学设计研究表1学生猜想与理由产物理由猜想一Cu.Co一个CuO微粒中只含有一个O,因此只能生成一个CO,C u O 则失去O变为Cu猜想二
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